龙门山早-中泥盆世Chondrites类型及其环境意义

姜 涛, 李凤杰, 杨晓琪, 荆锡贵, 成晓雨, 张 昊, 沈 凡

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059；2.新疆煤制天然气外输管道有限责任公司，北京 100728)

Chondrites遗迹化石是具复杂虫孔系统的遗迹化石，保存方式多为下浮雕，属穿相遗迹[1-3]。自Sternberg于1833发现并命名以来，从前寒武纪至今的地层均有记录，寄主岩性多样，在泥岩、砂岩、灰岩等岩性中均有发育；区域分布广泛，全球各大洲的地层中均有发现[1-3]。对于Chondrites遗迹化石的研究，学者们对其成因的分析及其所反映的古氧相的研究成果较多，而对其指示古地理环境恢复则相对较少[1-7]。虽然Chondrites遗迹化石是古氧相恢复的重要标志之一，但是不同学者在对其所代表的古氧相环境的认识上存在较大差异，概括起来可分为3种环境：(1)缺氧相环境，以国外学者为代表[1,8-9]；(2)贫氧相或缺氧相的环境，杨式溥等[3]认为Chondrites遗迹化石在地层中的出现往往代表贫氧相或缺氧相的环境；(3)马会珍等[7]通过观察华南泥盆系8个浅海剖面Cruziana遗迹相的Chondrites分析认为：只有寄主岩系为深灰色-黑色，岩性为灰岩、泥灰岩，虫孔直径<1 mm、无其他遗迹化石共生时，Chondrites才是贫氧环境标志性遗迹化石，而个体粗大的Chondrites常发育在常氧环境中。

另外，龚一鸣[2]认为在古生代和中生代的Chondrites具较大差异，在古生代，Chondrites遗迹组构似乎可发育于贫氧-缺氧的多种古氧相环境，中生代Chondrites是缺氧相的标志性遗迹化石。

产生上述认识上的不同，原因在于在龙门山地区泥盆系中的Chondrites遗迹化石种类多样，其围岩的岩性存在较大差异，并且沉积环境多样，除保存于凝缩段(CS段)中的Chndrites反映的古地理环境为深水陆棚外，其余的Chondrites遗迹化石反映的古环境均为滨岸-浅海环境。四川龙门山甘溪泥盆系中除保存Phycodes、Cruziana、Palaeophycos和Zoophycos等遗迹化石外，还发育大量Chondrites遗迹化石，分布广泛、环境多样且种类众多，在发现的8种Chondrites遗迹化石中，有4种分布于风暴沉积记录中。龙门山丰富的Chondrites为研究其生活环境及生态习性提供了重要资料。

1 地质背景

研究区位于北川县桂溪-沙窝子剖面(简称甘溪剖面)(图1)，是泥盆系的典型剖面之一，地层完整、出露良好。该剖面在长达一个世纪的研究中，在沉积学、层序地层学及古生物研究中取得了丰硕成果[6,10-17]。地层中不但富含大量的实体化石(如腕足、双壳等)，还富含种类众多的遗迹化石(如Palaeophycos、Zoophycos,Cruziana、Chondrites等)[18]。针对龙门山下泥盆统平驿铺组的遗迹化石，前人也开展了研究[6,15,18]，但是针对Chondrites这一种属的遗迹化石的研究却没有开展。

龙门山中-下泥盆统是一套由碎屑岩和碳酸盐岩组成的混合沉积[10-14,17]。下泥盆统由老至新可划分为平驿铺组、白柳坪组、甘溪组、谢家湾组、养马坝组二台子段，下部以碎屑岩为主，向上碳酸盐岩呈逐渐增加的趋势(图2)。其中，平驿铺组主要由碎屑岩组成，包括三角洲、 河口湾、无障壁海岸和陆棚相等沉积环境；白柳坪组为浅海陆棚相的砂质沉积；甘溪组为以粉砂岩为主的陆源碎屑陆棚沉积；谢家湾组为粉砂质泥岩、粉砂岩、生物碎屑灰岩为主的混积陆棚沉积[10-14,17]；养马坝组二台子段为泥晶、亮晶生物灰岩及泥晶灰岩和礁灰岩组成的碳酸盐台地沉积。中泥盆统养马坝组养马坝段为灰色钙质砂岩及泥晶生物碎屑灰岩组成的混积陆棚沉积(图2)。

2 Chondrites的保存方式及类型

2.1 保存方式

Chondrites遗迹化石主要保存于龙门山地区中-下泥盆统细砂岩和粉砂岩中，以半浮雕方式保存于岩层底面。按照A.A.Edkale等[19]生物扰动分级分类标准，可达2～3级。Chondrites遗迹化石是古氧相恢复的重要标志之一，根据含氧度的不同，古氧相可划分为常氧相、贫氧相和缺氧相[5]。Chondrites遗迹化石为食沉积生物形成的觅食迹[1,5]，其造迹生物和造迹方式虽然至今尚未有清楚的结论[1-2]，但是其造迹生物可以归结为2种主要类型：一是其遗迹的形成为某类固着的蠕虫状生物利用其触手后退开拓沉积层时所形成[5]；二是如多毛类、星虫类等多种动物所形成[20]。

图1 龙门山地区甘溪剖面示意图Fig.1 Location of the Ganxi section in the Longmenshan area

图2 龙门山甘溪剖面中-下泥盆统沉积特征示意图Fig.2 Sedimentary characteristics of the Lower-Middle Devonian in the Ganxi section, Longmenshan area(据文献[4]和[12]改编)

2.2 Chondrites类型

龙门山地区泥盆系中保存了数量众多、种类丰富的Chondrites遗迹化石，可鉴别出Chondritestargonii、Chondritesfiliformis、Chondritestype-C、Chondritesexpansus、Chondritesintricatus、Chondritestype-C similar species、Chondritesisp.、Chondritescf.fenxiangensis等8种类型。

2.2.1 Chondrites targonii (Brongniart), 1828

发育于木耳厂剖面平驿铺组B12层灰黑色泥岩中。该遗迹化石为简单的枝状虫孔，由分枝虫孔堆叠而成，遗迹化石整体较小。分枝虫孔多为二分，为半浮雕方式保存于岩层底部(图3-A)。遗迹化石厚度约为4.5 cm，分枝虫孔直径在1 mm左右。该层沉积为平驿铺组第2层序的凝缩段(CS)，为最大海泛期的沉积[31]，水体较深，其中仅保存Chondritestargonii遗迹化石，未发现其他类型的遗迹化石。

2.2.2 Chondrites filiformis Heer, 1877

该种遗迹化石在龙门山地区泥盆系的平驿铺组、甘溪组、谢家湾组均可见到3层。(1)木耳厂剖面平驿铺组B14层灰色粉砂质泥岩中，为简单的虫孔系统，分枝细长，分枝虫孔直径在1.5 mm。除蕨形丛藻迹(Chondritesfiliformis)外还可见C型丛藻迹(Chondritestype-C)、掌状拟藻迹(Phycodespalmatus)和条纹古藻迹(Palaeophycosstriatus)等(图3-B)。(2)白柳坪剖面B46层甘溪组凝缩段(CS)黑色泥岩中，遗迹化石分枝细长，分枝为二分，虫孔直径约为2 mm(图3-C)。(3)甘溪剖面谢家湾组B54层薄-中层黑色泥岩中，蕨形丛藻迹分枝细长，分枝多为二分，分支夹角在20°～40°，直径约2.0 mm(图3-D)。Chondritesfiliformis在泥盆系中的出现频率较高，其围岩多为灰-黑色泥岩和粉砂岩，表明其生活环境可能为水动力强度较弱的地区。

2.2.3 Chondrites type-C Osgood, 1970

该种遗迹化石发现于2套地层中：(1)木耳场剖面平驿铺组B14层的灰色泥质粉砂岩中，呈多次分枝的复杂虫孔系统。虫孔密集呈网状或菊花状，整体近圆形，虫孔分枝在3次以上，自中心向边缘分枝渐稀疏，化石整体为5.7～6.0 cm，分枝虫孔直径约1.4 mm(图3-B)。与之同时保存的还有Chondritesfiliformis，二者在形态上差异巨大。其原因可能是由于造迹生物不同，导致遗迹化石形成的形态具有差异。(2)鹰嘴岩剖面白柳坪组B29层灰色粉砂质泥岩中保存有Chondritestype-C(图3-E)，与之伴生的遗迹化石种类多样，包括Cruzianarouaulti(鲁昂欧克鲁兹迹，图3-E)、Lockeiasiliquaria(枣形洛克迹，图3-F)、Chondritesisp.(丛藻迹未定种，图3-F)、Chondritesintricatus(缠结丛藻迹，图3-G)和Palaeophycostubularis(管状古藻迹，图3-G)等。

2.2.4 Chondrites expansus Sternberg, 1833

该种遗迹化石发现于2套地层中：(1)鹰嘴岩剖面白柳坪组B29层灰色粉砂质泥岩中，化石整体呈扇状，呈二分枝状，分枝间的角度为25°～30°，分枝虫孔直径约0.7 mm(图3-H)。(2)甘溪剖面甘溪组B47层风暴岩中也可见Chondritesexpansus(图3-I)，遗迹化石分枝直径约为0.7 mm，为半浮雕方式保存于该层泥岩中。除分叉丛藻迹外，还可见侵蚀面和沟铸型(图4-A)等反映风暴成因的沉积构造。

2.2.5Chondritesintricatus(Brongniart,1823; Sternberg, 1833)

保存于鹰嘴岩剖面白柳坪组B29层灰色粉砂质泥岩中，为向外辐射的简单虫孔系统，个体小；多为二分枝状，分枝极细小；遗迹化石长0.8～1.1 cm，分枝虫孔直径为0.6～0.8 mm，为半浮雕方式保存于岩层底面(图3-G)。该种遗迹化石为细小的虫孔系统，最大的特点是分枝绕过主枝。

2.2.6Chondritescf.fenxiangensisYang,

1984

该种遗迹化石发现于2套地层中：(1)甘溪剖面甘溪组B47层风暴成因的泥岩中，分布于岩层底面，密集分布，难以分辨个体。化石呈二分状，分枝间角度为25°～40°，分枝虫孔直径约为1.1 mm(图4-B)。该遗迹化石与侵蚀面和沟铸型(图4-A)共生，结合风暴沉积构造，分析认为其保存于近源风暴沉积。(2)甘溪剖面谢家湾组B62层灰黑色泥质岩中发育分乡丛藻迹比较种(Chondritescf.fenxiangensis)，分布在具小型丘状交错层理(图4-C)的砂质灰岩的底部，化石个体巨大，整体长约22 cm，分枝虫孔直径约8 mm(图4-D)。该剖面谢家湾组保存的丛藻迹处于风暴沉积序列中，风暴序列厚度薄、丘状交错层理规模小，表明为远源风暴沉积。

图3 龙门山地区早泥盆世遗迹化石野外照片Fig.3 Field photographs showing trace fossils from early Devonian in Longmenshan area(A)Chondrites targonii，木耳厂剖面，平驿铺组，B12层; (B)遗迹化石组合，其中Pa.s: Palaeophycos striatus, Ph.p: Phycodes palmatus, Ch.C: Chondrites type-C, Ch.f:Chondrites filiformis，木耳厂剖面，平驿铺组，B14层; (C)Chondrites filiformis，白柳坪剖面，甘溪组，B46层; (D)Chondrites filiformis，甘溪剖面，谢家湾组，B54层; (E) Chondrites type-C和Cruziana共生，其中Ch.C: Chondrites type-C, Cr.r: Cruziana rouaulti，鹰嘴岩剖面，白柳坪组，B29层; (F)遗迹化石组合，其中L.s: Lockeia siliquaria, Ch.i.: Chondrites isp.,鹰嘴岩剖面，白柳坪组，B29层; (G)Chondrites intricatus和Palaeophycos tubularis共生，其中Ch.i: Chondrites intricatus, Pa.t: Palaeophycos tubularis，鹰嘴岩剖面，白柳坪组，B29层;(H)遗迹化石组合，其中Ch.e: Chondrites expansus, Pa.t: Palaeophycos tubularis, Ph.w: Phycodes wuhaiensis，鹰嘴岩剖面， 白柳坪组，B29层; (I)Chondrites expansus，白柳坪剖面，甘溪组，B47层

图4 龙门山地区早-中泥盆世遗迹化石野外照片Fig.4 Field photographs showing trace fossils from early-middle Devonian in Longmenshan area(A)沟铸型，白柳坪剖面，甘溪组，B47层; (B)Chondrites cf. fenxiangensis，(A)图中Z1的放大图; (C)丘状交错层理，甘溪剖面，谢家湾组，B62层; (D)Chondrites cf. fenxiangensis，(C)图中Z2的放大图; (E)Chondrites type-C similar species，鹰嘴岩剖面，白柳坪组，B29层; (F)富含Zoophycos的风暴沉积，发育冲刷面、洼状交错层理和丘状交错层理，石沟里剖面，养马坝组，B91层; (G) Zoophycos circinatum和Chondrites isp.共生，(F)图中Z3的放大图; (H)沙纹层理和大型丘状交错层理，石沟里剖面，养马坝组，B91层; (I)Fugichnia，(H)图中Z4的放大图。Z：Zoophycos; Ch.i.: Chondrites isp.; ES:侵蚀面; GC:沟铸型; HCS:丘状交错层理; SCS:洼状交错层理; RB:沙纹层理

2.2.7Chondritescf. type-C Osgood, 1970

与Chondritestype-C一起保存于鹰嘴岩剖面白柳坪组B29层灰色粉砂质泥岩中，形态上和Chondritestype-C相似，在平面上呈网状分布。与之不同的是，Chondritestype-C similar species有一条主枝与分枝相连，化石整体约长6.5 mm，分枝虫孔直径在1.6～1.8 mm(图4-E)。该种遗迹化石和Chondritestype-C最大的区别在于后者为垂直造迹，而Chondritestype-C similar species则为倾斜造迹。

2.2.8 Chondrites isp.

该种遗迹化石发现于2套地层中：(1)鹰嘴岩剖面白柳坪组B29层灰色粉砂质泥岩中的Chondritesisp.，为羽状或叶脉状分布于岩层底部。根据杨式溥等[3]对该种遗迹化石的描述，疑似Chondritestype-B，但是由于缺乏更为细致的证据，因此不予定名。该种遗迹化石分枝多为二分和三分，分枝间夹角为25°～40°，分枝虫孔直径为0.6～0.8 mm，化石长约1.5 cm。(2)石沟里剖面养马坝组B91层的泥岩中， 该泥岩位于由大型的侵蚀面、丘状交错层理和洼状交错层理(图4-F)组成的风暴沉积序列的上部。其中发育Zoophycoscircinatum(旋卷动藻迹)和Chondritesisp.(图4-G)，Zoophycos和Chondrites的规模差异巨大，Zoophycos在20 cm以上，而丛藻迹不到5 cm。造成这种规模差异的原因是Zoophycos和Chondrites的造迹生物不同，造迹生物向下挖掘沉积物的能力不同。大型丘状交错层理和沙纹层理(图4-H)表明该沉积序列为近源风暴沉积。在B91段除了有丘状交错层理和沙纹层理外，造迹生物的逃逸迹(Fugichnia，图4-I)，同样表明为水动力较强的快速沉积。

2.3 Chondrites组合及其意义

在龙门山地区早-中泥盆世地层中， 按照Chondrites遗迹化石在同一地层中发育的类型，可以将Chondrites的组合类型划分为3种：单一种型、两种组合型和多种组合型。不同的种属组合对应于不同的生活环境。

2.3.1 单一种类型

主要见于龙门山平驿铺组B12层、甘溪组B46层、谢家湾组B54层、B62层及养马坝组B91层。其中B12层的Chondritestargonii和B46层Chondritesfiliformis均发育于凝缩段内，为最大海泛面时期的深水贫氧环境，有利于有机质的保存；保存于B62和B91层中的Chondrites遗迹化石，其形成环境均为风暴沉积。龙门山地区早-中泥盆世Chondrites单种型的保存环境多以特殊环境为主，表明其造迹生物的生活环境较为恶劣，也说明造迹生物对于低氧度和恶劣条件具有良好的耐受性。

2.3.2 两种组合类型

该组合为两种Chondrites遗迹化石保存在同一地层中，见于龙门山地区泥盆系平驿铺组B14层和甘溪组B47层。Chondritestype-C以及Chondritesfiliformis同时出现于平驿铺组B14层中，并与Phycodes和Palaeophycos等觅食迹共生。在该地层中不但生物种类丰富，而且沉积物以泥质和粉砂质为主，反映造迹生物的生活环境食物丰富，为水动力较弱的浅水陆棚环境。甘溪组B47层中保存有Chondritesexpansus和Chondritescf.fenxiangensis两种类型的Chondrites，除了Chondrites之外，未发现其他种属的遗迹化石。该组合类型所保存的地层中，发育风暴成因的沟铸型、侵蚀面等沉积构造，表明其造迹生物的生存环境水动力强，时常受较强风暴的影响。

2.3.3 多种组合类型

该组合类型为3种及3种以上的Chondrites保存在同一地层中，仅见于鹰嘴岩剖面的B29层。该地层中保存有Chondritestype-C、Chondritesexpansus、Chondritesintricatus、Chondritescf. type-C以及Chondritesisp.等5种Chondrites属的遗迹化石组合。地层中，除保存有种类多样、数量众多Chondrites属遗迹化石外，同时还发现如Cruziana、Palaeophycos、Phycodes及Lockeia等其他种属的遗迹化石。Seilacher指出，Cruziana的造迹生物为三叶虫，该种遗迹通常代表陆棚相的沉积环境[3]，而Lockeia的造迹生物为双壳类[21]，这些造迹生物均为需氧生物，由此可见，鹰嘴岩剖面B29层的沉积环境为水体氧含量正常的浅水陆棚地区。

3 Chondrites遗迹化石组合

通过上述Chondrites类型和其他遗迹化石的分布与组合特征，可以将Chondrites遗迹化石组合分为2种组合类型。

3.1 Chondrites-Phycodes组合

该类型的遗迹化石组合分布于平驿铺组B14层，遗迹化石保存在灰黑色粉砂质泥岩中。在该遗迹化石组合中，可见Chondritestype-C、Chondritesfiliformis、Phycodespalmatus和Palaeophycosstriatus等(图3-B)。W.Häntzschel[22]认为Phycodes造迹生物为环节生物，该种遗迹化石为Cruziana遗迹相的指向化石。杨式溥等[3]认为该种遗迹化石虽然属于Cruziana遗迹相，但是在潮坪、前三角洲、瀉湖和滨外等亦常见。Chondrites分枝虫孔直径在1.0～1.2 mm，由于化石种类较多，生物扰动较大。C.E.Survda等[5]、马会珍等[7]认为，遗迹化石直径的大小和其造迹生物的生活环境中溶解的氧含量的多少呈正相关关系；而Chondrites的造迹生物为食细粒沉积物的生物[1]。该地层中遗迹化石组合特征表明，在食物充足的情况下，虫孔的分枝直径不大，很可能是因为该环境的氧含量较低造成的。沉积环境的研究也表明其沉积于相对较深水的浅水陆棚中。

3.2 Chondrites-Lockeia组合

该遗迹化石组合发育鹰嘴岩剖面的白柳坪组B29层中，发育Chondritestype-C、Chondritesisp.、Chondritesintricatus、Cruzianarouaulti、Lockeiasiliquaria、和Palaeophycostubularis等(图3)。Seilacher指出，Cruziana的造迹生物为三叶虫爬行或停息形成[3]，Lockeia的造迹生物为双壳类[23-24]，三叶虫和双壳类生物的生存均需要氧气。因此，该组合中Chondrites遗迹化石分枝虽然较小，但是却发育于常氧相的沉积环境中，而且Cruzianarouaulti的出现证明其古环境为浅水陆棚地区[3]。

4 沉积环境分析

本文以沉积环境分析为基础，结合岩性、沉积相特征、Chondrites属遗迹化石和其他遗迹化石种类的组合特征(表1)，分析各种Chondrites遗迹化石的沉积环境。

4.1 深水陆棚凝缩段沉积环境

主要包括2种类型的Chondrites遗迹化石：(1)平驿铺组B12层中的Chondritestargonii形成于凝缩层中，深水陆棚环境，该类型的Chondrites遗迹化石与沉积环境，支持了马会珍等的观点：只有寄主岩系为深灰色-黑色，岩性为灰岩、泥灰岩，虫孔直径<1 mm、无其他遗迹化石共生时，Chondrites才是贫氧环境标志性遗迹化石[7]。(2)甘溪组B46层中的Chondritesfiliformis发育于凝缩段内，虽然同样具有寄主岩系为深灰色-黑色泥岩、无其他遗迹化石共生的特点，但是其虫孔直径较大，在2 mm左右，同样形成于最大海泛时期的深水贫氧环境。

表1 龙门山地区早-中泥盆世遗迹化石分布及其代表的环境Table 1 Distribution of the trace fossils and its corresponding environment in early-middle Devonian

√表示存在该种遗迹化石，×表示不存在该种遗迹化石

4.2 浅水陆棚环境

主要见于平驿铺组B14层中的Chondritestype-C和Chondritesfiliformis代表较深水的浅水陆棚环境，白柳坪组B29层中的Chondritesexpansus、Chondritestype-C、Chondritesisp.、Chondritesintricatus以及Chondritestype-C similar species形成于较浅水的浅水陆棚环境。该环境中的遗迹化石不但Chondrites类型多样、化石长度和虫孔直径差异较大，而且多与其他类型遗迹化石共生。反映在浅水陆棚环境中，氧含量相对较高，造迹生物多样，形成丰富的遗迹化石组合。

4.3 风暴沉积环境

甘溪组B47层中的Chondritesfiliformis、Chondritesexpansus、Chondritescf.fenxiangensis，谢家湾组B62层中的Chondritesfiliformis、Chondritescf.fenxiangensis和养马坝组B91层中的Chondritesisp.，其形成环境均与风暴沉积有关，但三者在风暴沉积类型上却存在差异。(1)甘溪组B47层和养马坝组B91层发育的Chondrites遗迹化石均具有个体小、虫孔直径<1 mm的特征，而且均保存于近源风暴沉积中。虽然Chondrites形成于风暴间歇期的泥岩段，但是在近源风暴环境中，水体扰动剧烈，水体氧含量增加。(2)谢家湾组B62层中的Chondrites遗迹化石发育于远源风暴沉积，化石个体巨大，整体长约22 cm，分枝虫孔直径约8 mm。远源风暴沉积于水体较深的陆棚中，Chondrites造迹生物受水体扰动影响较小，而且细粒沉积物为其提供了良好的食物来源，含氧量充足，在此环境下Chondrites遗迹的虫孔直径和规模都较大。

Savrda认为Chondrites虫孔直径的大小与其形成环境的含氧量呈正相关关系[5]。龙门山地区早-中泥盆世，保存于近源风暴沉积(B47层和B91层)中的Chondrites遗迹化石的虫孔直径比保存于远源风暴沉积(B62层)中的直径小，表明Chondrites虫孔穴直径与含氧度的高低之间无直接关系。

5 结 论

(1)龙门山地区早-中泥盆世发育8种类型的Chondrites遗迹化石，按照Chondrites遗迹化石在同一地层中发育的类型，可划分为单一种型、两种组合型和多种组合型。

(2)Chondrites遗迹化石分属于Chondrites-Phycodes和Chondrites-Lockeia遗迹化石组合。其中Chondrites-Phycodes组合代表食物充足、氧含量相对较低的浅水陆棚环境，而Chondrites-Lockeia组合代表氧含量充足的常氧浅水陆棚环境。

(3)龙门山地区下-中泥盆统中的Chondrites遗迹化石的沉积环境包括深水陆棚凝缩段环境、浅水陆棚环境和风暴沉积环境。保存于深水凝缩段中的Chondrites遗迹化石反映贫氧相环境，其余2种反映为常氧相环境。Chondrites遗迹化石虫孔直径大小与古氧相之间并不存在直接的对应关系。

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